101 Chương 10 CÁC HỆ THỐNG CHUYÊN DỤNG TRÊN CÁC TÀU DẦU 10.1. TÍNH NĂNG VÀ YÊU CẦU CHUNG Để bảo đảm việc bảo quản các hàng dầu mỏ, nhận và đưa chúng ra từ các két sạch kế tiếp nhau, các tàu chở dầu được trang bị các hệ thống riêng: hệ thống làm hàng, hệ thống làm sạch hàng, hệ thống hâm nóng, làm mát dầu và các sản phẩm của dầu mỏ có độ nhớt cao, hệ thống thông hơi và thoát khí, hệ thống khí trơ, hệ thống đo lường, hệ thống làm sạch và rửa két, v.v. Hệ thống làm hàng dùng để bơm ra khỏi các két phần lớn khối lượng hàng cũng như nhận hàng vào tàu, còn hệ thống làm sạch hàng - dùng cho các cặn. Hay nói cách khác, hệ thống làm hàng bao gồm hai hệ thống: hệ thống hút và hệ thống vét. Hệ thống hâm nóng được dùng để giảm độ nhớt của dầu và các sản phẩm của dầu mỏ tới giá trị cho phép ở các điều kiện bình thường để bơm chuyển chúng. Nhờ có hệ thống dẫn khí thông hơi ra mà thực hiện được việc thay đổi không khí giữa các két và môi trường bên ngoài. Việc chuẩn bị cho tàu lên sửa chữa và để nhận loại hàng khác được bảo đảm nhờ hệ thống làm sạch và rửa két. Hệ thống đo lượng hàng cho phép vào thời điểm bất kỳ, khi tàu dừng hay đang chạy, kiểm soát được hàng của tàu dầu. Với mục đích hoàn thiện hệ thống cứu hỏa, trên các tàu dầu người ta thiết kế hệ thống khí trơ. Yêu cầu chính đối với các hệ thống của tàu dầu là sự an toàn về cháy nổ. Các yêu cầu khác được quyết định do các tính năng đặc thù của các hệ thống này. 102 Các hệ thống làm hàng và làm sạch hàng phải đảm bảo: nhận và bơm hàng ra với sản lượng đã cho; thực hiện hợp lý quá trình làm sạch ở cuối giai đoạn bơm hàng ra và chỉ để các cặn còn lại trong các két là ít nhất. Hệ thống hâm nóng phải chuẩn bị để bơm hàng ra trong một thời gian đã định, đặc biệt khi thời tiết lạnh. Hệ thống dẫn khí ra phải duy trì được sự trao đổi khí bình thường giữa các két và khí quyển bên ngoài trong lúc làm hàng cũng như khi hành trình có hàng và không có hàng. Hệ thống làm sạch và rửa két phải bảo đảm sự chuẩn bị có chất lượng cao cho tàu nhận loại hàng khác tương ứng với yêu cầu của tiêu chuẩn. Hệ thống khí trơ phải đảm bảo sự an toàn khi chuyên chở các hàng có nguy cơ cháy nổ cao. Trong các khí trơ không được có các các tạp chất gây ra bẩn hàng trong các két. Trang bị của hệ thống phải không phức tạp và thuận tiện trong khai thác. Khi thiết kế các hệ thống đo hàng trên các tàu dầu, phải sử dụng được điều khiển từ xa và tự động. 10.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CÁC SẢN PHẨM DẦU Dầu và các sản phẩm của dầu mỏ được vận chuyển trong tàu, có hàng loạt tính chất ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn các chi tiết kết cấu của chúng và đến việc tổ chức vận chuyển dầu. Chúng ta sẽ xét các tính chất cơ bản trong các tính chất của chúng. 10.2.1. Khối lượng riêng Khối lượng riêng thường được xác định như là tỷ số khối lượng của các sản phẩm dầu ở 20 0 C và khối lượng nước cất cũng ở thể tích đó ở 4 0 C. Kiến thức về nó cần thiết để tính khối lượng hàng đang được chở, cũng như để tính toán lưu lượng khối lượng của bơm. Từ số liệu này, ta thấy rằng khối lượng riêng của phần lớn các sản phẩm dầu nhỏ hơn nước. 103 10.2.2. Độ nhớt Nhiều sản phẩm dầu, được chuyên chở trên các tàu dầu, ở các điều kiện nhiệt độ bình thường, ở trạng thái mà khi đó sự bơm chuyển chúng là không có khả năng hoặc rất khó khăn. Chỉ tiêu để đánh giá khả năng bơm chuyển của sản phẩm dầu là độ nhớt, đặc trưng cho ma sát trong của các phần tử chất lỏng, khả năng cản trở sự dịch chuyển tương đối với nhau. Khi thực hiện tính toán thủy lực các bơm và các đường ống, thường sử dụng độ nhớt động học  có thứ nguyên cm 2 /s. Giá trị độ nhớt bằng 1 cm 2 /s được gọi là stốc (st). Độ nhớt còn được dùng là centistốc (cst), và 1 st = 100 cst. Nếu độ nhớt chất lỏng được biểu hiện bằng độ Anh ( 0 BY), thì để chuyển chúng thành đơn vị độ nhớt động, có thể sử dụng công thức: BY 0631,0 BY0731,0 0 0  , st. (10.1) Khi độ nhớt chất lỏng lớn hơn 120 cst thì đổi độ nhớt qui ước thành đơn vị độ nhớt động, có thể thực hiện theo công thức: BY.074,0 0  , st. (10.2) Vì độ lớn của độ nhớt của sản phẩm dầu phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, nên cần phải có đồ thị hoặc các bảng, xác định sự phụ thuộc này. Giá trị độ nhớt động của dầu nhờn mô- tô T, dầu máy ô-tô 10 và các dầu ma-zút ở các nhiệt độ khác nhau theo đơn vị centistoc. 10.2.3. Nhiệt độ bốc cháy Nhiệt độ bốc cháy đặc trưng cho sự nguy hiểm về chay của các sản phẩm dầu mỏ. Ở tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hơi các sản phẩm dầu với không khí, nhiệt độ bốc cháy có thể không chỉ nguy hiểm cháy mà còn nguy cơ nổ. Phụ thuộc vào nhiệt độ bốc cháy mà các sản phẩm dầu mỏ được chia thành bốn loại: loại I bao gồm các sản phẩm dầu có nhiệt độ bốc cháy dưới 28 0 C, loại II - nhiệt độ bốc cháy từ 28  45 0 C, loại III - nhiệt độ bốc cháy từ 45  120 0 C và loại IV - nhiệt độ bốc cháy trên 120 0 C. Dầu mỏ, tuỳ theo nhiệt độ bốc cháy được xếp vào một trong các loại kể trên. 10.2.4. Tính bay hơi 104 Các sản phẩm dầu màu sáng (xăng, dầu hỏa, nhiên liệu đi-ê-zen) và cả dầu mỏ, chứa một lượng đáng kể các hydro- cacbon dễ bay hơi. Khi bay hơi các phần cất nhẹ thì xảy ra sự thay đổi chất lượng và mất mát về khối lượng của sản phẩm dầu mỏ. Nên khi vận chuyển, bơm chuyển và bảo quản các sản phẩm dầu, người ta áp dụng các biện pháp làm kín vỏ tàu, các bể chứa và các đường ống đặc biệt cẩn thận. Đặc tính bay hơi của các sản phẩm dầu mỏ được đánh giá bằng áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xác định. Khi nhiệt độ tăng, nó tăng rất mạnh. Ví dụ như, áp suất hơi bão hòa của xăng B - 70 ở nhiệt độ 20 0 C là 0,163 kg.s/cm 2 , còn khi ở nhiệt độ 60 0 C là 0,558 kg.s/cm 2 . 10.2.5. Khả năng nhiễm điện Khi chuyển động theo các ống, dầu, dầu hỏa, xăng và một số sản phẩm dầu khác được nạp điện tĩnh. Mức độ nhiễm điện của sản phẩm dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đã xác định được, ví dụ, khi tốc độ chuyển động của dầu trong đường ống tăng thì sự nhiễm điện tăng. Sự có mặt của nước và các chất bẩn trong sản phẩm dầu cũng tạo điều kiện tạo nên điện tĩnh. Các điện tĩnh được tích lũy lại, nếu chúng không được đưa đi, có thể gây ra tia lửa điện và bốc cháy hơi của chất lỏng cháy được. Để giải phóng các điện tĩnh, trên tàu chở dầu người ta thiết kế hệ thống tiếp đất đặc biệt. 10.3. HỆ THỐNG LÀM HÀNG CỦA TÀU DẦU Hệ thống làm hàng của tàu dầu bao gồm hai hệ thống riêng biệt, đó là hệ hút và hệ vét. Hệ hút dùng để bốc phần lớn số hàng(từ 70  95%) còn hệ vét dùng để bốc nốt số hàng còn lại. Trong hệ hút, để đề phòng các bơm hàng bị sự cố, người ta bố trí ít nhất hai bơm hàng. Hai bơm này có thể làm việc song song hoặc nối tiếp. Làm việc song song, nghĩa là đường ống của bơm nào thì bơm đó phục vụ, quá trình bốc hàng của hai bơm là hoàn toàn độc lập. Làm việc theo kiểu nối tiếp, nghĩa là đường ống của bơm này có thể phục vụ cho cả bơm kia, giữa hai hệ đường ống của hai bơm có các van cách ly. 105 Hình 10.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm hàng tàu dầu cỡ nhỏ. 10.3.1. Hệ thống làm hàng của những tàu cỡ nhỏ Ở hệ thống làm hàng, thường bố trí hai đường ống chính của hàng (mạn trái và mạn phải, hình 10.1). Giả sử kiểu tàu này chở dùng để chở đồng thời nhiều loại hàng khác nhau. Theo đường ống chính mạn trái, đường này nhờ các ống nhánh nối với các két I và II, thực hiện rót và bơm ra các sản phẩm dầu nhớt, bởi bơm hàng trục vít 11. Đường ống chính mạn phải, nhờ các ống nhánh nối với các két phía mũi III, IV và V. Theo nó thực hiện bơm vào hoặc hút ra các sản phẩm dầu sáng hơn bằng ba bơm ly tâm xoáy lốc 10, được mắc song song. Khi dỡ tải là các sản phẩm dầu sáng, phải mở các van chêm 1, 7, 9 và một trong các van chêm 4, còn khi bơm hàng nhớt ra - phải mở các van 15, 12, 13 và một trong các van chêm 6. Khi rót hàng vào các két và hàng là sản phẩm dầu sáng, bằng các phương tiện của tàu, thì một trong các van chêm 3 được nối với ống mềm - mà đầu kia của nó được hạ vào khoang hàng của tàu được dỡ hàng. Việc chất tải nhờ các bơm ly tâm xoáy lốc. Khi chất tải hàng nhớt, thì bơm trục vít làm việc. Ở trường hợp này ống mềm nối vào một trong các van chêm 5 và mở các van chêm 14, 15. Các két hàng có đáy vát, với khuỷu ống ở dọc tâm tàu để nối các ống nhánh đi từ đường ống chính. Với hình dạng kết cấu của cụm: két hàng - ống hút như vậy, các bơm hầu như bơm hàng ra được hoàn toàn và không cần thiết phải làm sạch hàng. 106 Các két hàng có đáy phẳng thì phải bố trí hệ thống làm sạch hàng. 10.3.2. Hệ thống làm hàng của những tàu cỡ trung và lớn Trên hình vẽ, các van chêm được đặt ở phần dưới của các vách ngang và dọc (các hình vuông có gạch chéo). Các chỉ số 1  6 ký hiệu các két chính, còn các chỉ số 7  10 là các két mạn. Trên tàu bố trí hai bơm hút 12, 13 và một bơm vét 11. Khi rót hàng, thường không sử dụng các phương tiện của bản thân tàu, mà sử dụng các bơm của tàu được dỡ hàng qua đường ống mềm. Bơm hàng vào được tiến hành ở các khoang giữa 3 và 4 theo các đường ống D y 400. Bơm hàng ra được thực hiện bằng các bơm hút 12 và 13 theo đường ống D y 200, chúng hút hàng từ các khoang phía lái 5 và 6 qua các ống hút ngắn. Ở hệ thống làm hàng như thế này có thể chuyên chở một loại hàng dầu trong một chuyến. Để vét hàng ra, người ta dùng bơm vét 11. Đường kính ống chính D y 150, còn các ống nhánh của nó đường kính D y 100. Ở phía sau của mỗi khoang, trong khoảng không gian của đáy đôi, người ta bố trí các giếng lắng đặc biệt để dìm sâu các miệng hút của hệ thống vét. Việc vét hàng đạt được cho đến khi hầu như khoang hàng khô hoàn toàn. 107 108 Hình 10.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bốc rót hàng trên tàu dầu Hình 10.3. Sơ đồ mguyên lý của hệ thống làm hàng (hút và vét) 1 - bơm của hệ vét; 2 - bơm của hệ hút; 3 - đường ống của hệ vét; 4 - đường ống của hệ hút; 5 - miệng lắp ống mềm; 6 - ống mềm; 7 -van chặn Clinket; 8 - đường ống chính trên mặt boong; 9 - phin lọc; 10 - ống thẳng đứng nhận dầu; 11 - giếng lắng của hệ hút; 12 - giếng lắng của hệ vét. 10.3.3. Tính thời gian làm hàng và chọn bơm hàng. Bơm là một bộ phận của hệ thống làm hàng. Khi thiết kế nó, trước hết cần chọn số bơm hàng và lưu lượng của chúng. Thông thường tàu dầu được trang bị ít nhất hai bơm hút và một bơm vét. Lưu lượng bơm phụ thuộc vào trọng tải tàu, thông thường lưu lượng của bơm theo giờ bằng khoảng 16  25% trọng tải của tàu. Theo các số liệu này ta chọn lưu lượng của bơm. Mặt boong 109 Khi biết lưu lượng của bơm, có thể xác định thời gian bốc hàng hoàn toàn của tàu dầu có hệ thống làm hàng bố trí theo nguyên tắc tập trung:   ZO Q G. Q G.1      , giờ. (10.1) ở đây: G - trọng lượng dầu, T. Q O - Lưu lượng của bơm hút, T/g. Q Z - lưu lượng của bơm vét, T/g.  - tỷ lệ hàng của bơm vét làm việc, thường  = 4  10%. Đối với hệ thống làm hàng bố trí theo nguyên tắc phân nhóm, công thức (10.1) có dạng:   ii Z i O i Q G. Q G.1     , giờ. (10.2) trong đó : i - số nhóm khoang được bốc hàng. G i - trọng lượng hàng của nhóm thứ i. Thông thường, thời gian bốc hàng của tàu dầu chạy sông cỡ nhỏ, cỡ trung và cỡ lớn thì thời gian bốc hàng tương ứng là: 5,7 và 9 giờ. Còn tàu biển từ 9  12 giờ. Cột áp của bơm nhận được từ tính toán cụ thể theo sơ đồ nguyên lý của hệ thống, thông thường người ta sử dung phương pháp đặc tính để xác định nó. Bơm làm việc hiệu quả nếu đặc tính của bơm bằng đặc tính của hệ thống. 10.4. HỆ THỐNG HÂM NÓNG, LÀM MÁT DẦU Ta biết rằng, dầu có độ nhớt cao khi gặp lạnh nó đông đặc lại, do đó để đảm bảo năng suất bốc hàng, trên các tàu chở dầu có độ nhớt cao, thường được trang bị hệ thống hâm nóng dầu. 10.4.1. Hệ thống hâm nóng dầu 110 Hiện nay, có nhiều kiểu loại thiết bị hâm nóngnhư: hâm nóng dầu bằng hơi nóng chạy trong ống; hâm nóng bằng điện hoặc hâm nóng bằng khí thải của động cơ diessel v.v. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống hâm nóng bằng hơi cũng có nhiều kiểu khác nhau, nhưng phổ biến nhất là hệ thống ống ruột gà (hình 10.4) Hình 10.4. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống hâm bằng hơi kiểu ruột gà. 1 - đường ống thải tách nước ngưng; 2 - nước thải vào thùng nóng; 3 - hơi đến từ nồi hơi; 4 - nước thải ra mạn; 5 - không khí nén đưa vào. Ở hệ thống hâm nóng bằng ruột gà, trong mỗi két trung tâm được đặt các ống ruột gà Dy50. Hơi được đưa đến tất cả các ống ruột gà song song trên đường ống D y 100, đưa nước ngưng vào thùng nước nóng của nồi hơi hoặc ra mạn, được thực hiện nhờ các ống riêng biệt D y 25 từ mỗi ống ruột gà. Để quét thổi hệ thống, người ta làm đường ống đưa khí nén tới nó. Sự quét thổi được tiến hành theo các két riêng biệt, nên tất cả các ống ruột gà đều có các van ngắt (cách ly). Để phục vụ cho hệ thống hâm nóng, người ta trang bị hai nồi hơi ống lửa đặt ngang. Nhược điểm của thiết bị hâm nóng bằng hơi dạng ống là làm cho hàng bị ngập nước ngưng khi vỡ hỏng mối nối các ống và khi xuất hiện các lỗ rỗ trong ống, hàng sẽ lọt vào hệ thống. [...]... TCVN : 6259 (2 00 3), Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, Đăng kiểm Việt nam, Hà nội Việt nam 2 Tiêu chuẩn Việt nam TCVN : 4801 (2 00 1), Qui phạm phân cấp và đóng tàu sông, Đăng kiểm Việt nam, Hà nội Việt nam 3 A.B A-lếch-xan-đrôp (1 96 2), Hệ thống tàu thủy, NXB Đóng tàu Lê-nin-grát 4 A.B A-lếch-xan-đrôp (1 96 6), Hệ thống tàu thủy, NXB Đóng tàu Lê-nin-grát 5 A.D Altsul (1 96 4), Sức cản thủy lực trong... kín của tàu nối với đường ống bờ, còn lối ra của vào khí quyển được chặn bằng các van chặn 10. 5.3 Kết cấu của một số chi tiết trong hệ thống thông hơi, thoát khí Van thủy lực Với mục đích giảm tổn thất các sản phẩm dầu do bay hơi trong quá trình thở nhỏ, người ta trang bị cho hệ thống thông hơi, thoát khí các van thủy lực và cơ khí thở tự động 113 Hình 10. 5 Van thủy lực Van thủy lực (hình 10. 5) được... giữa vỏ tàu và môi trường bên ngoài do ban ngày (nhiệt độ cao) lẫn ban đêm (nhiệt độ thấp) Hệ thống thông hơi hầm hàng của tàu dầu phải đảm bảo: - Hạn chế sự thoát ra của bất kỳ lượng hơi nào do áp suất quá cao - Tạo sự an toàn với lượng hơi nguy hiểm ở môi trường bên ngoài - Cung cấp lượng không khí để thay thế độ chân không do dầu co lại trong các két hàng tạo ra 10. 5.2 Nguyên lý của các hệ thống thông... hơi Hệ thống này trang bị các van và thiết bị khống chế để kiểm soát bổ sung khí trơ khi két có khoảng trống do dầu bị co lại hoặc thất thoát hơi do tàu bị lắc nhiều (khí trơ chủ yếu là ni-tơ, khí các-bon-níc, có một ít muối sun-phua-rơ và một số muối khác) Trước khi nhận hàng, các két chứa hàng phải nạp khí trơ để thay thế và làm loãng hàm lượng ô-xy Các két phải có thiết bị kiểm tra hàm lượng ô-xy... của hàng, loại trừ sự mất mát do bay hơi, một số tàu được trang bị hệ thống phun nước dạng vòi hoa sen đặt cố định theo các khoảng, dọc theo chiều dài tàu bên cạnh khoang hàng, nước biển được bơm lên làm cân bằng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến mặt boong bằng thép của tàu 10. 5 HỆ THỐNG THÔNG HƠI, THOÁT KHÍ CỦA TÀU DẦU 111 10. 5.1 Khái niệm chung về hệ thống thông hơi, thoát khí hầm hàng dầu Khi chịu... lớn hơn 50 mm (hình 10. 7) Lưu lượng không khí được chọn và điều chỉnh cho trong thời gian do từ dưới nắp chụp một lượng nhỏ của nó đi ra Theo áp suất không khí pK được đo bằng manomet thủy ngân đặt ở bàn điều khiển, người ta xác định được mức chất lỏng trong két theo đẳng thức: pK = hd. , (1 0. 3) trong đó: hd - mức chất lỏng trong két  - khối lượng riêng của hàng 116 Hình 10. 7 Sơ đồ ống thủy đo dầu... Đóng tàu Lê-nin-grát 4 A.B A-lếch-xan-đrôp (1 96 6), Hệ thống tàu thủy, NXB Đóng tàu Lê-nin-grát 5 A.D Altsul (1 96 4), Sức cản thủy lực trong đường ống, NXB Xây dựng Mát-xcơva 6 I.A Chi-nhia-ép (1 97 1), Hệ thống tàu thủy, NXB “Giao thông” Mát-xcơ-va 122 ... không khí để thay thế độ chân không do dầu co lại trong các két hàng tạo ra 10. 5.2 Nguyên lý của các hệ thống thông hơi thoát khí Hệ thống thông hơi được bố trí theo các nguyên tắc: hệ thống thông hơi độc lập, hệ thống thông hơi kiểu nhóm và hệ thống thông hơi kiểu tập trung Ở hệ thống thông hơi kiểu độc lập, bao gồm đường ống lắp vào mỗi két ở đỉnh két, và có nón che phía trên, ở đầu ống có bịt bằng nút... lượng lớn các ống dẫn đến các két và đến bàn điều khiển; Cần thiết phải xử lý sơ bộ không khí trước khi cấp vào hệ thống (thải hết hơi nước), không thế thì hệ thống rất nhanh hỏng 10. 6.3 Phương pháp phao nổi Để làm cảm biến, ở phương pháp này người ta sử dụng phao nổi trên bề mặt chất lỏng (hàng) Nó được treo trên thước lá có đột lỗ và dịch chuyển dọc theo hướng dây được gắn chặt vào đáy và boong của két... của hàng 116 Hình 10. 7 Sơ đồ ống thủy đo dầu Việc cấp không khí cho hệ thống được thực hiện từ máy nén qua bình dự trữ Áp suất được giảm đến áp suất cần thiết nhờ van giảm áp được duy trì nhờ có bình tích khí thủy Người ta sử dụng hệ thống ống thủy cả với bơm tay không khí, bơm chuyển không khí chỉ trong lúc đo Ưu điểm cơ bản của hệ thống này là không có cụm kết cấu nào đặc biệt phức tạp Nhược điểm: . tàu chở dầu người ta thiết kế hệ thống tiếp đất đặc biệt. 10. 3. HỆ THỐNG LÀM HÀNG CỦA TÀU DẦU Hệ thống làm hàng của tàu dầu bao gồm hai hệ thống riêng biệt, đó là hệ hút và hệ vét. Hệ. 107 108 Hình 10. 2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bốc rót hàng trên tàu dầu Hình 10. 3. Sơ đồ mguyên lý của hệ thống làm hàng (hút và vét) 1 - bơm của hệ vét; 2 - bơm của hệ hút;. giữa hai hệ đường ống của hai bơm có các van cách ly. 105 Hình 10. 1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm hàng tàu dầu cỡ nhỏ. 10. 3.1. Hệ thống làm hàng của những tàu cỡ nhỏ Ở hệ thống